周 乾，鮑子云，王懷博，徐利崗

(寧夏水利科學(xué)研究院，銀川 750021)

水肥一體化技術(shù)是把灌概與施肥合為一體的農(nóng)業(yè)新技術(shù)，通過利用管道灌溉系統(tǒng)，將肥料溶解在水中，同時(shí)進(jìn)行灌溉與施肥，適時(shí)、適量地滿足農(nóng)作物對(duì)水分和養(yǎng)分的需求，實(shí)現(xiàn)水肥同步管理和水肥高效利用的農(nóng)業(yè)技術(shù)。水肥一體化技術(shù)可使水、肥同步管理，極大地削減了勞動(dòng)強(qiáng)度和勞動(dòng)力[1]。近年大面積示范表明，與傳統(tǒng)方式相比，水肥一體化技術(shù)可減少肥料揮發(fā)、固定以及淋洗的損失，肥料利用率可提高30%～50%，水分利用率可提高40%～60%，糧食作物單產(chǎn)可提高20%～50%[2]。因此摸清水肥一體化條件下青貯玉米滴灌灌溉制度、水肥協(xié)同效應(yīng)等問題對(duì)提高青貯玉米水肥協(xié)同效率及產(chǎn)量顯得尤為重要。

寧夏地處西北內(nèi)陸干旱區(qū)，氣候干旱少雨，水資源極為匱乏，針對(duì)寧夏農(nóng)業(yè)用水日趨緊張的現(xiàn)狀，為了使水資源得到高效利用，大力推廣滴灌技術(shù)是很有必要的[3]。在寧夏農(nóng)牧交錯(cuò)帶，滴灌是最為重要的高效節(jié)水灌溉方式之一，而能否得出科學(xué)合理的青貯玉米滴灌灌溉制度是推廣滴灌灌溉技術(shù)的關(guān)鍵。本文針對(duì)寧夏農(nóng)牧交錯(cuò)帶水資源短缺及優(yōu)化配置不合理的問題，采用滴灌灌溉技術(shù)，通過田間試驗(yàn)，研究了水肥一體化下玉米滴灌灌溉與施肥交互作用機(jī)理，探明了水肥協(xié)同效應(yīng)與玉米生長(zhǎng)之間的關(guān)系，提出了適宜寧夏農(nóng)牧交錯(cuò)帶露地滴灌青貯玉米的最優(yōu)灌溉制度，對(duì)提高玉米產(chǎn)量，促進(jìn)寧夏中部干旱帶農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，緩解寧夏水資源短缺，提高有限水資源利用效率和效益具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)基地概況

試驗(yàn)區(qū)土壤類型屬砂壤土，具體土壤理化性質(zhì)見表1。

表1 試驗(yàn)區(qū)土壤理化性質(zhì)

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)主處理灌溉定額設(shè)3個(gè)水平，副處理施肥量設(shè)3個(gè)水平，灌溉定額分別為2 250、2 625、3 000 m3/hm2，滴灌肥施肥量分別為540、675、810 kg/hm2。采用隨機(jī)區(qū)組排列，共9個(gè)處理，重復(fù)3次，共27個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積88 m2(16 m×5.5 m)，區(qū)距80 cm，排距120 cm；青貯玉米栽培方式采用寬窄行裸地滴灌，寬行70 cm，窄行40 cm，株距20 cm，密度為9萬株/hm2，每個(gè)小區(qū)播種10行青貯玉米，每行80株青貯玉米，試驗(yàn)區(qū)周圍種植4行保護(hù)區(qū)。供試青貯玉米品種為正大12，供試肥料為滴灌專用肥。具體試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案見表2和表3。

表2 滴灌青貯玉米水肥一體化灌溉制度試驗(yàn)因素水平組合設(shè)計(jì)

表3 滴灌青貯玉米水肥一體化灌溉制度試驗(yàn)研究灌水施肥方案

1.3 監(jiān)測(cè)指標(biāo)及方法

(1)土壤含水量測(cè)定。選擇PR2/6測(cè)量10、20、30、40、60和100 cm 6個(gè)層面土壤含水量。播前測(cè)定土壤基礎(chǔ)含水量，收獲期測(cè)定3個(gè)重復(fù)土壤遺留的水分含量，生育期一般每隔10 d測(cè)一次，播種-出苗期、苗期、拔節(jié)期、抽雄-吐絲期、吐絲-灌漿期和成熟期關(guān)鍵降雨階段前后、滴灌灌水前后加測(cè)一次。

(2)生長(zhǎng)指標(biāo)的測(cè)定。采用米尺測(cè)定青貯玉米的株高，采用游標(biāo)卡尺測(cè)定青貯玉米的徑粗。

(3)光合指標(biāo)的測(cè)定。在青貯玉米抽雄-吐絲期選擇晴天，8∶00-18∶00每隔2 h對(duì)凈光合速率(Pn)等生理指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定，各處理選擇該小區(qū)具有代表性的植株進(jìn)行測(cè)定。

(4)產(chǎn)量及構(gòu)成要素的測(cè)定。取樣測(cè)產(chǎn)，采用米尺和天平測(cè)定單株青貯玉米穗數(shù)、穗長(zhǎng)、穗粗、禿尖長(zhǎng)、每穗粒數(shù)、百粒重、根重、莖重、葉重。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)青貯玉米生長(zhǎng)指標(biāo)的影響

株高生長(zhǎng)速率是指在2次測(cè)量之間的凈生長(zhǎng)量與前一次測(cè)量值的比值，并且把前一次測(cè)量值看作100%，它是研究植物動(dòng)態(tài)生長(zhǎng)的一項(xiàng)重要指標(biāo)[4]。2015年6月10日對(duì)青貯玉米的株高及莖粗進(jìn)行第1次測(cè)量，2015年9月18日進(jìn)行最后一次測(cè)量，一共測(cè)量8次，每個(gè)處理選定長(zhǎng)勢(shì)具有代表性的5棵植株作為固定測(cè)量對(duì)象，剔除最大值、最小值求得平均值。不同處理下青貯玉米株高及莖粗隨時(shí)間的變化見圖1和圖2。從圖1可以看出，從6月10日至7月27日，也即為拔節(jié)期到抽雄期，這段時(shí)間生長(zhǎng)最快，平均每天長(zhǎng)3.4 cm，生長(zhǎng)速度表現(xiàn)為F6>F3>F4>F8>F2>F9> F5>F7>F1，隨后玉米進(jìn)入吐絲-灌漿期，株高開始緩慢增加，至收獲期，玉米的最終株高表現(xiàn)為F6>F3>F4>F2>F8> F5>F9>F7>F1。從圖2可以看出，在整個(gè)生長(zhǎng)期內(nèi)，各處理的莖粗總體規(guī)律表現(xiàn)一致，從6月10日至7月8日，也即為拔節(jié)期，這段時(shí)間莖粗生長(zhǎng)最快，平均每天長(zhǎng)0.44 mm，快速生長(zhǎng)期生長(zhǎng)速率表現(xiàn)為F6>F8>F9>F7> F5>F4>F3>2>F1，之后到成熟期莖粗生長(zhǎng)速度減緩，到了成熟期，由于干物質(zhì)積累主要在果實(shí)，所以莖粗增長(zhǎng)幅度變小，最后莖粗大小表現(xiàn)為F6>F9>F3>F5>F8>F4>F7>F2>F1。

信號(hào)發(fā)生模塊電路如圖5所示，可由1個(gè)外部參考時(shí)鐘、1個(gè)退耦電容電路、1個(gè)低精度數(shù)字電位器組成[6]。外部參考時(shí)鐘采用的是25M的有源晶振；低精度電阻器采用的是MCP41010數(shù)字電位器[7]，用來調(diào)節(jié)幅度的大?。ㄒ?yàn)锳D9833產(chǎn)生正的弦波只有5V，采用數(shù)字電位器可以調(diào)節(jié)其幅度的大小，便于按鍵調(diào)節(jié)幅度的輸出）。

圖1 青貯玉米株高隨時(shí)間的變化曲線

圖2 青貯玉米莖粗隨時(shí)間的變化曲線

2.2 不同處理對(duì)青貯玉米耗水量和耗水強(qiáng)度的影響

本次試驗(yàn)在田間條件下采用水量平衡法對(duì)青貯玉米耗水量和耗水過程進(jìn)行分析。根據(jù)水分收支情況，試驗(yàn)區(qū)水量平衡公式如下：

ET=(W0-WE)+M+P+K-D-R

式中：ET為耗水量，mm；W0、WE為生育期某階段初、末100 cm土層的土壤含水量，mm；M為某階段內(nèi)的灌水量，mm；P為某階段內(nèi)的降雨量，mm；K為某階段內(nèi)地下水補(bǔ)給量，mm；D為深層滲漏量，mm；R為徑流量，mm。

由于試驗(yàn)區(qū)地下水位埋藏較深，可不計(jì)地下水補(bǔ)給，生育期內(nèi)降雨量較少，且強(qiáng)度低，降水就地入滲，地表徑流量可以忽略。

采用上式計(jì)算生育期內(nèi)各階段各處理實(shí)際耗水量及耗水強(qiáng)度，土壤含水量變化考慮100 cm深土層的含水量變化，不同處理下青貯玉米各生育期耗水量見圖3。從圖3可可知，各處理在播種-出苗期、苗期、拔節(jié)期、抽雄-吐絲期、吐絲-灌漿期、成熟期6個(gè)階段耗水量大小依次為：抽雄-吐絲期>吐絲-灌漿期>苗期>成熟期>拔節(jié)期>播種-出苗期，抽雄-吐絲期和吐絲-灌漿期玉米耗水量較大，說明該時(shí)段是青貯玉米需水關(guān)鍵期。

圖3 不同處理下青貯玉米各生育期耗水量

耗水強(qiáng)度反映了作物不同生育階段內(nèi)灌溉、施肥、氣象等對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育的綜合影響。不同處理下青貯玉米各生育期耗水強(qiáng)度見圖4。由圖4可知，各處理在播種-出苗期、苗期、拔節(jié)期、抽雄-吐絲期、吐絲-灌漿期、成熟期6個(gè)階段耗水強(qiáng)度大小依次為：吐絲-灌漿期>抽雄-吐絲期 >苗期>成熟期>播種-出苗期>拔節(jié)期，抽雄-吐絲期和吐絲-灌漿期青貯玉米耗水強(qiáng)度同樣遠(yuǎn)大于其他生育期，說明該時(shí)段青貯玉米每天應(yīng)該比其他生育時(shí)段需要灌溉更多的水。由圖4可發(fā)現(xiàn)，青貯玉米全生育期內(nèi)耗水強(qiáng)度從播種-出苗期開始到成熟期呈先上升后后下降再上升最后下降的趨勢(shì)，各處理在吐絲-灌漿期耗水強(qiáng)度達(dá)到頂峰，為4.77～6.60 mm/d；成熟期耗水強(qiáng)度逐步降低到3.0～3.7 mm/d。從總體來看，各處理耗水強(qiáng)度并不隨著灌水量的變化而有顯著變化。

從生育期不同處理的耗水特征分析可知，在一定的氣候條件下，除青貯玉米自身生理、生態(tài)特點(diǎn)外，主要取決于土壤水分條件。由于天然降水資源極為有限，灌溉水量及灌水時(shí)期制約著青貯玉米實(shí)際水分消耗，同時(shí)也控制著青貯玉米的正常生長(zhǎng)發(fā)育。生育期內(nèi)不同時(shí)段耗水強(qiáng)度的差別，在一定程度上反映其在不同物候期需水特性的不同，以及需水特性與氣候條件、土壤條件之間的組合狀況對(duì)青貯玉米生產(chǎn)的影響。

圖4 不同處理下青貯玉米各生育期耗水強(qiáng)度

2.3 不同處理對(duì)青貯玉米凈光合速率(Pn)的影響

試驗(yàn)期間在青貯玉米吐絲-灌漿期典型日(8月25日)于8∶00-18∶00每隔2 h對(duì)不同處理青貯玉米凈光合速率(Pn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，不同處理青貯玉米凈光合速率(Pn)日變化曲線見圖5。

圖5 不同處理青貯玉米凈光合速率(Pn)日變化曲線

光合速率是光合作用固定二氧化碳的速率，光合速率變化曲線同光合有效輻射的雙峰凸拋物線型類似，這也表明光合有效輻射是光合速率的重要影響因素[5-8]。從圖5中可以看到，所有處理光合速率日變化第1個(gè)峰值都出現(xiàn)在圖中的12∶00，在監(jiān)測(cè)期間，12∶00數(shù)據(jù)取自12∶00-13∶00；隨后光合速率開始逐漸減小，到14∶00降低到了1個(gè)極小值，14∶00的數(shù)據(jù)取自14∶00-15∶00，這主要是這段時(shí)間太陽輻射較強(qiáng)，光合有效輻射降低和氣溫急劇升高引起氣孔關(guān)閉的結(jié)果，但是隨后光合速率逐漸升高，到16點(diǎn)，光合速率又回到另一個(gè)峰值，之后開始逐漸降低，直到18∶00，只有微弱的光合速率。全天青貯玉米光合光合速率(Pn)整體表現(xiàn)為F6>F8>F5>F4>F7>F3>F2>F9>F1。

2.4 不同處理對(duì)青貯玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成要素的影響

青貯玉米干物質(zhì)的積累是產(chǎn)量提高的前提，試驗(yàn)在收獲青貯產(chǎn)量時(shí)測(cè)定了青貯玉米的最終穗長(zhǎng)、穗粗、穗鮮重(含玉米心)，同時(shí)測(cè)定了青貯玉米根鮮重、莖鮮重和葉鮮重。

繪制了青貯玉米各處理穗長(zhǎng)和穗粗的對(duì)比圖6、圖7。從圖6、圖7可以看出，各處理青貯玉米穗長(zhǎng)大小總體表現(xiàn)為F6>F9>F4>F3>F5>F7>F1>F8>F2，穗粗大小總體表現(xiàn)為F4>F6>F8>F9>F3>F5>F7>F2>F1；從青貯玉米穗長(zhǎng)和穗粗的大小來看，穗長(zhǎng)最大的F6較最小的F2大21.1%，穗粗最大的F14較最小的F8大6.5%，這說明青貯玉米的穗長(zhǎng)和穗粗沒有明顯的關(guān)系。

圖6 不同處理對(duì)青貯玉米穗長(zhǎng)的影響

圖7 不同處理對(duì)青貯玉米穗粗的影響

繪制了各處理青貯玉米根、莖、葉鮮重的對(duì)比圖8、圖9、圖10。從圖8、圖9、圖10可以看出青貯玉米根鮮重總體變現(xiàn)為F6>F4>F3>F9>F5>F8>F2>F1>F7，最大的F6為299.44 g/株，青貯玉米莖鮮重總體變現(xiàn)為F6>F4>F9>F5>F1>F8>F3>F7>F2，最大的F6為557.88 g/株，青貯玉米葉鮮重總體變現(xiàn)為F6>F5>F4> F1>F9> F3>F2> F83>F7，最大的F6為174.51 g/株。

圖9 不同處理對(duì)青貯玉米莖鮮重的影響

圖10 不同處理對(duì)青貯玉米葉鮮重的影響

繪制了各處理青貯產(chǎn)量的對(duì)比圖11，從圖11可以看出，青貯產(chǎn)量最大的是處理F6，為97 365 kg/hm2，其次是F4，為82 290 kg/hm2，產(chǎn)量最小的是F2，為64 665 kg/hm2，青貯產(chǎn)量總體表現(xiàn)為F6>F4>F5>F9>F1>F3>F8>F7>F2。由以上可以知道，青貯玉米青貯產(chǎn)量的大小與根、莖、葉鮮重有緊密聯(lián)系。

圖11 不同處理對(duì)青貯玉米青貯產(chǎn)量的影響

2.5 不同處理對(duì)青貯玉米水分生產(chǎn)效率(WUE)的影響

試驗(yàn)區(qū)4-9月多年平均降雨量275.9 mm。2015年試驗(yàn)區(qū)實(shí)測(cè)5月份降雨35.2 mm、6月份降雨8.5 mm、7月份降雨4.3 mm、8月份降雨73.2 mm、9月18日前降雨38.8 mm，青貯玉米全生育期降雨160 mm。不同處理青貯玉米水分生產(chǎn)效率見表4。

表4 不同處理青貯玉米水分生產(chǎn)效率(WUE)

注：土壤儲(chǔ)水量計(jì)算取土壤深度為1 m。

由表4可知，青貯玉米灌溉水利用效率表現(xiàn)為F6>F1>F3>F4>F5> F2>F9>F8>F7，處理F6最大為37.09kg/m3；水分生產(chǎn)效率表現(xiàn)為F6>F5>F3>F4>F1> F9>F2>F8>F1，處理F6最大為27.77 kg/m3。綜合以上試驗(yàn)結(jié)果，在寧夏農(nóng)牧交錯(cuò)帶青貯玉米露地滴灌生產(chǎn)方式下，采用處理F6作為推薦最優(yōu)水肥組合方式，可以達(dá)到更好的節(jié)水高產(chǎn)效果。

3 結(jié) 語

上述研究主要利用2015年氣象資料和青貯玉米實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，綜合分析青貯玉米生長(zhǎng)指標(biāo)、水分指標(biāo)、光合指標(biāo)、產(chǎn)量及水分生產(chǎn)效率等指標(biāo)，得出了寧夏農(nóng)牧交錯(cuò)帶青貯玉米露地滴灌水肥一體化灌溉制度。通過上述分析和研究得出如下結(jié)論。

(1)不同水肥組合下青貯玉米在拔節(jié)期到抽雄期這段時(shí)間生長(zhǎng)最快，平均每天株高長(zhǎng)3.4 cm，莖粗長(zhǎng)0.44 mm，在吐絲-灌漿期，株高和莖粗均增加緩慢。

(2)抽雄-吐絲期和吐絲-灌漿期青貯玉米耗水量以及耗水強(qiáng)度均較其他生育期較大，說明該時(shí)段是青貯玉米需水關(guān)鍵期，耗水強(qiáng)度從播種-出苗期開始到成熟期呈先上升后后下降再上升最后下降的趨勢(shì)，各處理在吐絲-灌漿期耗水強(qiáng)度達(dá)到頂峰，在4.77～6.60 mm/d；成熟期耗水強(qiáng)度逐步降低到3.0～3.7 mm/d。各處理耗水強(qiáng)度并不隨著灌水量的變化而有顯著變化。

(3)不同處理下全天青貯玉米光合光合速率(Pn)整體表現(xiàn)為F6>F8>F5>F4>F7>F3>F2>F9>F1。

(4)不同處理下青貯玉米水分生產(chǎn)效率表現(xiàn)為F6>F5> F3>F4>F1> F9>F2>F8>F1，處理F6最大為27.77 kg/m3，青貯玉米青貯產(chǎn)量最大的是處理F6，為97 365 kg/hm2，其次是F4，為82 290 kg/hm2，產(chǎn)量最小的是F2，為64 665 kg/hm2，青貯產(chǎn)量總體表現(xiàn)為F6>F4>F5>F9>F1>F3>F8>F7>F2。

(5)綜合青貯玉米生長(zhǎng)指標(biāo)、水分指標(biāo)、光合指標(biāo)、產(chǎn)量、水分生產(chǎn)效率等指標(biāo)，確定寧夏農(nóng)牧交錯(cuò)帶露地滴灌青貯玉米最優(yōu)灌溉制度為：灌溉定額2 625 m3/hm2，灌水次數(shù)為12次，滴灌專用肥(N、P、K總含量占50%)施用量810 kg/hm2。

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